MATLAB模拟超声波声场：圆/矩阵换能器与阵列特性研究

本研究论文主要探讨了基于MATLAB的超声波声场模拟及其可视化在材料无损检测中的应用。随着超声检测技术的飞速发展，声场模拟已成为关键技术研究的焦点，因为它直接影响着缺陷定位的精确性和检测性能。作者蒙海英在硕士论文中，针对圆形活塞换能器和矩形活塞换能器这两种常见的声源，以及线列阵组合平面阵和矩形阵组合平面阵这两种相控阵换能器，进行了深入研究。 首先，论文基于积分法的克希霍夫积分定理构建声场模型，推导出计算声压分布和指向性的公式。利用MATLAB编程语言，对不同尺寸（如直径10mm、20mm、50mm）和频率（1MHz、2MHz、5MHz）的圆形活塞换能器的声场进行了模拟，并通过可视化手段呈现声压分布的变化规律。研究发现，声源尺寸和发射频率的变化会影响声束的主瓣宽度、辐射范围和副瓣数量，以及轴线上声压的分布特性。 接着，作者扩展到了线列阵和矩形阵组合平面阵的研究，针对不同阵列大小（如2×2、3×3、3×8和2×6）的声场指向性进行了分析。结果表明，阵元个数的增加导致指向性分布变得更加复杂，而阵列的M和N值不等时，会在特定方向上抑制旁瓣，突出主瓣。这对于设计优化的声场控制具有实用价值。 最后，通过水/钢界面的实例，研究了液固界面对声压分布的影响，揭示了声阻抗差异如何影响声波传播。这些实验和理论分析有助于提升超声检测技术的可靠性和准确性，对于超声波检测设备的设计与优化具有重要的理论支持。 这篇论文通过对MATLAB的运用，不仅提供了超声波声场模拟的实操方法，还探讨了声场特性与换能器结构之间的关系，以及声场对检测性能的关键影响，为超声检测技术的进一步发展提供了有价值的数据和见解。